Modernit tutkimusmenetelmät malminetsinnässä – Hyperspektrikamerat

Teksti: J. Tapio

Kesägeologien kenttäkausi alkaa olla vähintäänkin jo kääntynyt syksyn puolelle, mikä tarkoittaa osalle paluuta yliopiston penkeille, kun osa vielä jatkaa töitä jopa lokakuun loppuun asti. Allekirjoittanut kuuluu ensin mainittuihin, vaikka on saanutkin työskennellä jo vuoden alusta yhden Suomen 2000-luvun merkittävimmän kultalöydön, Ylitornion Rompas – Rajapalot alueen parissa. Kyseinen kulta-kobolttiesiintymä on seurausta monivaiheisesta ja mutkikkaasta luonnonprosessista, jonka ymmärtämiseksi on tarkkaan mietittävä mitä – ja millä tavoin avoimia kysymyksiä lähdetään ratkomaan. Pyrin tässä blogisarjassa antamaan raapaisun joistain erityisesti geologiassa verrattain uusista tutkimusmenetelmistä, mutta myös viittaamaan hyvin perinteisiin ja tehokkaiksi todettuihin keinoihin, joilla mineraaliesiintymien tutkimusta suoritetaan.

Kuva 1. Muskoviitin emissiospektri ja ominaiset emission minimikohdat.

Hyperspektrikuvantaminen (engl. hyperspectral imaging) on muilta tieteenaloilta geologiaan levinnyt menetelmä, joka perustuu näkyvän valon ulkopuolisen sähkömagneettisen säteilyn taajuudella otetun kuvan tulkitsemiseen eri aineiden ja materiaalien tunnistamiseksi. Menetelmässä tarkalla, usein infrapuna-alueen havaitsevalla, kameralla otetaan kuva tutkittavasta kohteesta, jonka jälkeen kuvan dataa käsitellään esimerkiksi erottamalla jokaisen yksittäisen pikselin tallentama sähkömagneettinen spektri toisistaan, jolloin kukin pikseli saadaan edustamaan yhtä havaintopistettä.
Eri aineilla on hyvinkin ominainen sähkömagneettisen säteilyn emissiospektri, jonka perusteella aine voidaan tunnistaa. Geologiassa esiintyvistä tuhansista eri mineraaleista suurin osa yleisimmistä pystytään identifioimaan hyperspektrikuvantamisen avulla. Koska jokainen hyperspektrikuvan pikseli on yksittäinen mittauspiste, voidaan kiinnostuksen kohteena olevan mineraalin esiintyminen todeta kaikissa niissä mittauspisteissä, joissa saatu spektri vastaa tietokannan tyyppispektriä tästä mineraalista. Esimerkkinä kuvassa 1 on spektri, joka voidaan tunnistaa muskoviittimineraalin synnyttämäksi.

Hyperspektrikuvantamisen yksi vahvuus tulee esiin kun tutkitaan mineraaleja, joiden emissiospektri muuttuu mineraalin koostumuksen muuttuessa; tällöin spektrissä näkyvät emissiominimit (kuopat, kuva 1) vaihtavat sijaintia. Muskoviitti on tästä erinomainen esimerkki, sillä riippuen eritoten lämpötilasta ja paineesta sen koostumus voi kalliossa vaihettua yhdestä päätejäsenestä toiseen systemaattisesti jopa usean kilometrin matkalla, mikä näkyy voimakkaimman emissiokuopan liikkumisena välillä 2190 – 2220nm. Jos tiedetään (tai oletetaan), että juuri tietyn koostumuksellinen muskoviitti esiintyy yhdessä kullan kanssa, voidaan muskoviitin koostumusvaihtelua käyttää vektorina arvioitaessa etäisyyttä tai läheisyyttä kultamineralisaatioon, joka voi itsessään olla mitoiltaan vain joitakin kymmeniä metrejä paksu.
Hyperspektrikuvantamisen hyödyntäminen geologiassa kehittyy jatkuvasti. En olisi yllättynyt, jos vuosikymmenen päästä menetelmä olisi yleisesti käytössä useimmilla kaivoksilla, jotka voisivat hyötyä kuvantamisen nopeudesta ja tarkkuudesta tiettyjen yksityiskohtien poimimisessa. Esimerkkinä yhdenlaisesta yksityiskohdasta kuvassa 2 näkyy erittäin hienorakeinen musta turmaliini-kvartsijuoni, joka suorastaan hohtaa hyperspektrikuvassa (= helposti tietokoneohjelmistolla tunnistettavissa).

Kuva 2. Turmaliinijuoni. Vasemmalla käsitelty hyperspektrikuva, oikealla valokuva vastaavanlaisesta juonesta paljaalla silmällä.

Hienojen uusien menetelmien säihkeessä täytyy muistaa, että geologinen perusta kallioperän rakenteen ymmärtämiseen ja mineraalisysteemien löytämiseen lepää kuitenkin hyvin perinteisissä keinoissa. Maastossa tehtävä kallioperä – ja rakennegeologinen kartoitus, mikroskooppitutkimukset ja geofysiikka luovat pohjan kaikelle tutkimukselle ja mahdollistavat tarkempien selvitysten kiinnittämisen jo olemassa olevaan tutkimustietoon. Kallioperän syväkairaus sekä siihen liittyvä tutkimus (kuva 3), kemiallinen analytiikka ja monet nykyteknologian mahdollistamat erikoistutkimusmenetelmät jatkavat tästä syvemmälle tuottaen valtavasti tarkentavaa dataa, jota älykkäästi hyväksi käyttämällä maankamarasta ja mineralisaatioista saadaan erittäin paljon uutta tietoa.

Kuva 3. Geologiharjoittelija J. Tapio tutkimassa kairasydännäytteitä luupilla (pieni suurennuslasi), ei siis torkkumassa.

Malminetsintä on järkyttävän kallista, ainakin suhteutettuna siihen liitettyyn onnistumisprosenttiin: karkeasti vain yksi tuhannesta malminetsinnän yrityksestä johtaa joskus kaivostoimintaan asti. Geologeille onkin suuri haaste paikantaa taloudellisesti kannattavia mineraaliesiintymiä, ja siinä onnistuakseen heidän tulee hyödyntää kaikkea saatavilla olevaa tietoa ja soveltaa olemassa olevia tutkimusmenetelmiä. Samalla tulee pitää mielessä, että jokainen malminetsintäprojekti on erilainen ja täten vaatii juuri tilanteeseen sopivat menetelmät parhaan tuloksen saavuttamiseksi. Moderneille geologeille tämä tarkoittaa perinteisen menetelmäpohjan hallitsemisen vaalimista sekä nykyteknologian tuottamien uusien mahdollisuuksien sisällyttämistä osaamiseensa. Onnistuakseen täytyy todella yrittää ja mahdollisuuksiaan voi parantaa toimimalla fiksusti, vaikka kuitenkin todennäköisesti epäonnistuu.

”Mente et malleo”, järjellä ja varasalla